日前美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)发表了核融合研究的突破性进展，首次实现核融合反应的净能量增益，验证了以人工方式制造了犹如太阳核心氢原子融合产生能量的过程，为人类未来清洁能源打开一扇机会之窗。此一成果虽然距商用化仍相当遥远的距离，但是理论获得证实后，会吸引更多的资金与研究的投入，技术进展将驶进快车道，人类可望在数十年内获得取之不尽用之不竭的清洁能源，让人类文明进入飞跃性的进展。
美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室发表核融合研究的突破性进展，首次实现核融合反应的净能量增益。图为激光轰击靶球内的氢原子示意图。（图／LLNL）
氢融合产生能量的理论与研究从上世纪50年代就已开始，虽然很早就证实融合可以产生大量能量，但达到让氢原子融合的过程需要耗费的能量一直比融合后产生的能量更多。美国国家实验室耗资35亿美元的国家点火装置(NIF)建成13年后，用巨型高能激光终于实现了初步目标，引发氢融合的能量首次在实验中超出输入的能量，形成能量正增益（Q>1）效果，理论上证实此一融合过程可以生产更多能量的推论。
这次实验以能量高达2.05兆焦耳激光轰击靶球内的重氢原子，促成其融合后产生约3.15兆焦耳能量。不过，这次输入能量仅计算激光接触氢原子靶球表面能量，未计算生成此一高能激光与运作系统所需能量（估计至少约300兆焦耳），因此虽然实验结果验证了理论，但操作上仍小有缺陷，有待未来进一步将其补足，这也可能是未来商用化过程中较大的技术障碍。此外，促成这种称为惯性核融合的高能激光，每次启动间隔长达数小时之久，距离每秒至少10次的目标还有很多困难需要克服。
美国国家实验室的国家点火装置，用巨型高能激光终于实现了核融合能量正增益的初步目标。（图／LLNL)
这次实验以能量高达2.05兆焦耳激光轰击靶球内的重氢原子，促成其融合后产生约3.15兆焦耳能量。不过，这次输入能量仅计算激光接触氢原子靶球表面能量，未计算生成此一高能激光与运作系统所需能量（估计至少约300兆焦耳），因此虽然实验结果验证了理论，但操作上仍小有缺陷，有待未来进一步将其补足，这也可能是未来商用化过程中较大的技术障碍。此外，促成这种称为惯性核融合的高能激光，每次启动间隔长达数小时之久，距离每秒至少10次的目标还有很多困难需要克服。
过去10几年来国家点火装置(NIF)历次用高能激光进行重氢核融合产出能量表，直到今年的实验才完成输出能量大于输入能量的正增益效果。（图／LLNL)
美国国家实验室在发布研究结果之后，还要将报告发布于于科学期刊供行审议，相关的技术细节与详细数据才能为外界得知。美国能源部长葛兰霍姆（Jennifer Granholm）表示：“这是一个历史性的时刻，自此以后，游戏规则将会被永远改变。”而从更广泛的应用上来看，这次实验的成果不只改变清洁能源的未来，也会影响美国的军事科技发展。美国政府官员也表示，NIF这一里程碑式的突破，可以帮助美国在不进行传统核试验的情况下保持核威慑力。美国参议院多数党领袖查尔斯．舒默（Charles Schumer）则说：“在今年的《国防授权法》中，惯性约束核融合（ICF）专案将获得有史以来最高的拨款—─超过6.24亿美元，能让这个惊人的突破再往前跨一大步。”可见这项新技术涉及的范围极广。
自从人类首次感受到能源危机以及碳排放造成全球暖化问题以来，核融合制造清洁能源一直是科学界的圣杯。核融合技术也有多种不同的理论途径，目前比较有进展的还有一种称为磁约束核融合途径，它使用托卡马克（tokamak）技术来达成磁约束以包覆电浆，并透过螺线运动加热，进而引发核融合反应。目前美国、法国、中国都有科研机构进行研究。
与美国国家实验室这次发布的惯性约束核融合相比，磁约束核融合的进展较慢些，但它在理论与技术上的优点是“简单粗暴”，只要磁场愈强、装置尺寸愈大，就能逐步提升促成核融合环境的效果。一旦过了临界点形成核融合，磁约束会产生自我持续现象，只要往里头添加氢原料就能延续核融合反应，因此核融合的能量增益比也不再有重要的意义。比起惯性约束核融合要各种条件极为精准才能形成氢原子融合的过程，磁约束显得简单得多，虽然目前其技术进展较慢，但未能可能在惯性约束途径在某个时间点上卡住时，磁约束技术就可能以稳定速度超前。中国目前的发展也是以磁约束的技术路线为主，已有相当的成果。
磁约束核融合技术是使用托卡马克装置（如示意图）以磁约束包覆电浆，并透过螺线运动加热至摄氏一亿度，进而引发连续性的核融合反应。（图／威斯康星大学）
一般人最关心的还是核融合商业化的进程，以目前技术发展情况来看，多数的科学家认为或许不会比核融合理论从发轫至今的70年那么久，但仍然需要数十年之谱。目前技术路线已出现突破，势必引来更多的研究人员与资金的投入，这项技术竞争也将成为几个大国与集团进行军事战略与经济科技较量的场域，必然也会形塑未来人类社会的样貌。
